泡沫夹层结构预制体是复合材料的一种特殊形式,由芯层和两面层组成,通过组合不同芯材和面层材料,利用每个层间特性来达到不同的功能。硬质泡沫夹层结构预制体具有强度高、质量轻、隔音性和隔热性等优良特点,目前主要应用于航空航天、船舶和建筑等领域。为实现硬质泡沫夹层结构预制体自动化缝合,本文在国内外预制体缝合成型装备研究现状的基础上,围绕带预刺功能硬质泡沫夹层结构预制体缝合技术进行研究,主要研究内容为:对Tufting缝合工艺线迹成型原理进行研究,针对Tufting工艺缝合硬质泡沫夹层结构预制体时缝合线碳纤维发生断纱的现象,对Tufting缝合工艺进行改进,根据改进Tufting缝合工艺线迹成型步骤,对缝合头各个机构进行方案设计及对比,确定最终预刺机构、缝合机构、换针机构和压脚机构所用方案。根据改进Tufting缝合工艺要求,确定预刺机构及缝合机构使用偏置曲柄滑块机构,先利用解析法对机构进行求解,然后基于ADAMS进行机构参数优化设计,确定机构相关参数;为保证换针机构满足无限使用寿命的要求,建立换针机构冲击模型并进行分析;最后完成压脚机构静态失效分析,保证各个机构设计安全可靠后,建立缝合头三维模型。对缝合头在缝合预制体时的线迹成型技术进行研究,首先对机针工作时的力学行为进行分析,通过反推法计算机针直径范围,确定所用机针直径,基于有限元仿真软件对机针静态失效进行分析;其次分析机针缝合过程中缝合线线环成型形态,通过建立弹性杆的线环成型模型,确定机针退针高度;最后建立缝合线经过线道时的张力模型,并进行张力仿真分析,确定缝合线迹成型质量良好时截锥弹簧的压缩量。为验证预刺功能的有效性、线环理论的正确性及改进Tufting缝合工艺的可行性,完成缝合头样机实验平台的搭建。结果表明:增加的预刺动作有效降低碳纤维为缝合线,缝合硬质泡沫夹层结构预制体时发生断纱的概率;退针高度为10 mm时,线环成型稳定,缝合能够连续进行。